基于物聯(lián)網(wǎng)的食品安全檢測系統(tǒng)設計

引 言

如何保障食品安全，讓消費者了解食品來源與加工程序并買到放心的食品，已成為當代社會的重要話題。在當今信息化飛速發(fā)展的時代，我們把先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用到食品安全檢測系統(tǒng)中，實現(xiàn)食品安全檢測的智能化和透明化。利用先進的RFID 技術(shù)讓消費者能夠?qū)κ称飞a(chǎn)信息及檢測結(jié)果進行查詢。食品安全監(jiān)督管理部門可以通過RFID 碼查到產(chǎn)品的自檢信息，同時食品安全監(jiān)督管理部門使用B/S 模式的食品安全檢測實驗室管理系統(tǒng)實現(xiàn)儀器管理、文件管理、人員管理和資源管理，極大程度地提高了食品安全檢測相關(guān)機構(gòu)的工作效率。

1 系統(tǒng)總體設計與結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)食品安全檢測系統(tǒng)的總體設計，不僅要節(jié)省人力，提高系統(tǒng)自動化程度，還要做到檢測過程效率高、檢測結(jié)果透明化。基于物聯(lián)網(wǎng)食品安全檢測系統(tǒng)的功能模塊如圖 1 所示。根據(jù)功能劃分，將該系統(tǒng)分為儀器自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、實驗室管理系統(tǒng)和溯源管理系統(tǒng)三大塊。生產(chǎn)企業(yè)把食品送到食品安全監(jiān)管機構(gòu)進行檢測，儀器自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)把檢測的相關(guān)數(shù)據(jù)自動上傳至監(jiān)管平臺。實驗室管理系統(tǒng)主要負責質(zhì)檢部門的工作流程、任務分配和最終報告歸檔，避免使用紙質(zhì)文檔，同時提高了工作人員的工作效率。溯源管理系統(tǒng)采用了 RFID 和傳感器技術(shù)讓檢測結(jié)果透明化， 同時設計開放的公眾監(jiān)管平臺讓檢測數(shù)據(jù)在 Web 端也能被公眾看到。

2 系統(tǒng)詳細設計與技術(shù)

2.1 ARM嵌入式食品安全快速檢測裝置

儀器自動化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括傳統(tǒng)的檢測儀器與新型的快速檢測裝置。這種食品安全快檢儀能大概檢測出食品中某一項指標的含量，并對比標準值是否超標。例如果蔬中的農(nóng)藥殘留、海帶中的二氧化硫含量等。食品安全快檢裝置內(nèi)置藍牙通訊模塊，檢測數(shù)據(jù)可實時上傳至公眾監(jiān)管平臺。

2.2 儀器數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)

大部分檢測任務由食品安全監(jiān)督管理部門通過精密的儀器設備進行定量檢測。實驗室儀器數(shù)據(jù)的自動采集是實驗室自動化的關(guān)鍵內(nèi)容。儀器連接到實驗室管理系統(tǒng)，分析儀器將分析結(jié)果自動傳送到管理系統(tǒng)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎驼_性。數(shù)據(jù)自動采集儀器的接口分為兩大類，分別為圖 2 所示的帶有計算機作為數(shù)據(jù)工作站的儀器接口和圖 3 所示的沒有數(shù)據(jù)工作站但可通過RS 232 串口輸出數(shù)據(jù)的儀器接口。

帶有數(shù)據(jù)處理工作站的儀器設備檢測完結(jié)果后可配置自動導出文件到指定目錄下，導入工作站后可直接展示在工作站， 并進行后續(xù)檢測結(jié)果的數(shù)據(jù)填入，便于批量操作，無誤后發(fā)送到網(wǎng)絡上。管理系統(tǒng)讀取此文件的內(nèi)容，按照既定規(guī)則讀出所需數(shù)據(jù)并寫入數(shù)據(jù)庫的檢測結(jié)果字段。

沒有數(shù)據(jù)工作站的儀器有一個共同點 沒有相應的儀器操作軟件。通常這類儀器通過 RS 232 與外部通訊。為了能將儀器統(tǒng)一管理，可以通過轉(zhuǎn)換器將儀器接口轉(zhuǎn)化成以太網(wǎng)接口，通過以太網(wǎng)協(xié)議與管理系統(tǒng)連接。

2.3 實驗室管理系統(tǒng)

2.3.1 實驗室管理系統(tǒng)架構(gòu)

實驗室管理系統(tǒng)對人員、機器、原料、方法、環(huán)境五大影響實驗室檢測結(jié)果的因素進行嚴格管理。該實驗室管理系統(tǒng)采用瀏覽器 / 服務器模式由J2EE 平臺開發(fā)而成。按邏輯并使用SpringMVC 架構(gòu)劃分為表現(xiàn)層（UI）、業(yè)務層（BLL）和數(shù)據(jù)層三層（DAL）。三層結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系如圖 4 所示。

(3) 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層直接訪問數(shù)據(jù)庫，主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的讀取、保存、刪除、更新等操作。該層使用基于映射語言 XML 面向?qū)ο笏季S編寫的mybatis 輕量級框架對數(shù)據(jù)層進行操作。

(4) 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)層對數(shù)據(jù)進行操作，發(fā)送請求到數(shù)據(jù)庫 DataBase， 數(shù)據(jù)庫用于存儲數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)層的請求做出響應，處理完數(shù)據(jù)后返回數(shù)據(jù)層。

2.3.2 實驗室管理系統(tǒng)設計

實驗室管理系統(tǒng)按功能模塊劃分可分為人員管理、檢測標準管理、檢測工作管理、檢測任務管理、實驗室儀器管理和檢測結(jié)果歸檔管理等模塊。

系統(tǒng)可以分配管理員或檢測人員的權(quán)限給不同用戶。檢測人員同樣可以分配不同的權(quán)限，例如室主任可以給檢測科員分配檢測任務并審核其完成情況。上級制定實驗計劃并給下級分配檢測任務，下級可以根據(jù)實際情況選擇接受或退回。每個檢測項目流程已經(jīng)預先在系統(tǒng)中編寫好，如果下級接受檢測任務，則填寫原始記錄并提交。上級審核下級提交的原始記錄，可通過或退回。若通過，則根據(jù)檢測結(jié)果編寫最終報告并提交。上級審核下級提交的最終報告，若通過則歸檔。

2.4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是把傳感器、RFID 技術(shù)、GPS 定位系統(tǒng)、激光掃描等信息傳感設備按照約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。本系統(tǒng)主要采用RFID 無線頻射識別技術(shù)，RFID 技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，它通過無線電信號自動識別目標對象并能夠自動獲取目標對象的相關(guān)數(shù)據(jù)。

2.5 溯源管理系統(tǒng)設計 

溯源管理系統(tǒng)功能模塊如圖 5 所示。RFID 標簽可以存 儲食品從原料、加工到成品運輸和檢測結(jié)果等過程的全透明 追溯，實現(xiàn)全過程嚴格控制。通過 RFID 讀寫器可以讀取食品 相關(guān)內(nèi)部數(shù)據(jù)。同樣我們也可以對 RFID 標簽中的數(shù)據(jù)實時更 新。由于 RFID 標簽通過無線電收發(fā)信號，所以數(shù)據(jù)的安全性 比較高。讀取到食品從生產(chǎn)到流通市場的所有數(shù)據(jù)后，我們 把所有數(shù)據(jù)上傳至 Web 端公眾監(jiān)管平臺。公眾監(jiān)管平臺的核 心技術(shù)和實驗室管理系統(tǒng)類似，該平臺是一個全開放的系統(tǒng)， 消費者可以在此查詢相應的食品安全溯源信息，也可以通過調(diào) 用實驗室管理系統(tǒng)的接口下載檢測報告。為了方便消費者查詢 食品安全信息，我們也設計了移動端 App，消費者在超市購買 食品時，只需用手機掃描食品包裝袋上的二維碼即可追溯食品 安全信息，讓消費者放心購買。若發(fā)現(xiàn)食品安全問題或有疑問， 可進行質(zhì)量投訴或咨詢。